中药提取浓缩生产过程的自动控制
2017-03-14
我国是中医药的发源地,中药是我国的传统医学和传统文化的瑰宝,数千年来为中华民族及世界人民的健康做出了巨大贡献。我国中药贸易所占比例仅3%,而且大多数是以原料形式进行交易,而日本的贸易额占了市场的80% 多,我国中药的开发或贸易处于弱势,而中国进入WTO 后,为中国中药进入国际市场提供了极好的机遇。
中药提取浓缩是中药生产的一个必不可少的环节,所谓中药提取浓缩生产过程,是依据GMP 规范,按给定的配方,生产一定数量产品的过程。中药提取浓缩生产采用批量生产方式,也叫间歇生产方式,其主要特点是小批量、多品种。
近20 年来,随着科学技术的发展,涉及人类生命、生活的中药企业快速发展,先进生产设备和竞争机制大量引入,自动化程度显著提高。目前自动化技术已经成为中药提取浓缩生产过程中必不可少的生产技术和企业参与竞争的重要标志。随着中药剂型多样性的发展,人们对中药提取浓缩过程中质量控制的要求也越来越高,这势必要求中药生产过去不能再像传统工业生产模式,需要引入自动化控制技术。
中药提取浓缩生产属于间歇性生产过程,在乙醇提取和乙醇浓缩过程中,存在易燃易爆的乙醇,是最典型和最危险的生产环境,因此在总体设计时必须考虑提取浓缩生产过程中对控制系统的基本要求:安全、可靠、稳定、操作方便。控制系统中继电器、电磁阀、隔离栅等24V DC 直流用电设备,专门使用冗余的24V DC 直流电源,保证系统可靠地供电。防爆车间的模拟量采用隔离安全栅进行隔离,确保信号的安全。提取浓缩生产过程中自动控制的总体设计主要分为两部分:提取控制系统(DCS)、浓缩控制系统(DCS),总体配置图如图2 所示。
控制系统(DCS)
提取和浓缩生产装置的控制系统采用两个控制站(DCS),由3 个操作站、一个工程师站、两个控制站、一个Web服务器和一套过程控制网络组成,10 套提取装置和浓缩装置的I/O 测点配置如表1 所示:
以10 套提取浓缩设备为例,生产现场仪表设备较多,检测变送测量装置155 台、气动调节阀50 台、气动开关阀550 台;自控程度高,控制回路共有50个,以常规单回路控制为主,复杂回路有分程控制和串级控制。
提取工段
在提取过程中自动化控制系统实现的控制功能,有投料时原药材的扫描和确认、自控系统工艺参数的设定和下载、溶媒进量的计量和控制、投料控制、煎煮升温曲线的设定、保温与煎煮升温的温度控制、浸泡与保温时间控制、提取罐罐内与夹套压力的安全保护和控制、出料控制、堵料排除控制、罐底出渣门锁装置的联锁与保护。同时在提取完成后,自动生成生产过程报表和保存相应的历史曲线,所有的执行机构恢复到安全位置。DCS 系统的监控软件具备分级控制,设置了观察员、操作员和工程师3 个级别,观察员权限只能允许生产人员查看监控软件中各个仪表的数据和阀门的状态,操作员权限才允许生产人员对各个执行机构进行操作,工程师权限才允许生产人员设置和修改PID 参数以及相应的工艺参数。
提取生产过程采用了DCS 系统自动控制后,对提取生产过程实现自动检测和控制,达到高效生产、降低能耗和确保安全等目的,较传统的手动生产控制,主要优点如下:
1.根据预先设置的升温曲线进行煎煮,从而达到煎煮过程中温度的均匀控制;在升温和煎煮过程中,实时监控提取罐上部、下部温度,当出现罐内受热不均的时候,实时开启提取罐的循环泵,使提取罐内药液形成对流,达到罐内药液受热均匀的目的。
2.提取出料过程, 堵料检测装置会自动判断罐底及过滤器是否发生堵料状况,一旦发现堵料,堵料消除装置会自动启动,消除堵料现象,保证物料循环和出料的稳定;
3.在提取煎煮过程中,需要收集药材在煎煮时产生的挥发油。在提取液沸腾后,蒸气通过冷凝器、冷却器到达油水分离器,然后通过油水界面检测装置,自动启动收油装置完成挥发油的收集。在收集挥发油阶段,通过调节加热蒸汽的流量,控制药液的蒸发量和冷凝水的回流量,从而达到挥发油的稳定收集。通过实践证明,收油过程采用自动化控制技术,较传统的手动生产,有效的避免了人为主观因素,保证的挥发油的收集率,大大的节约了人力成本。
4.在提取生产过程中,实时检测提取罐的夹套压力和罐内压力,当压力过高时能够自动关闭或调整加热蒸汽的流量,实现提取罐的安全保护。